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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines wenigstens
einen Injektor aufweisenden Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine
sowie ein entsprechendes Steuergerät gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen
unabhängigen
Ansprüche.
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In
Kraftstoffeinspritzsystemen insbesondere selbstzündender Brennkraftmaschinen
werden die mittels Injektoren in Verbrennungsräume eingespritzten Kraftstoffmengen
auf mehrere Teileinspritzungen aufgeteilt, welche zeitlich eng angeordnet
sind und bspw. aus einer oder mehreren zeitlich vor einer Haupteinspritzung
applizierten Voreinspritzung(en) bestehen. Der zeitliche Abstand
zwischen zwei Teileinspritzungen wird durch die Pausenzeit zwischen zwei
elektrischen Ansteuerimpulsen der Injektoren bewirkt. So wird in
einem aus der
DE 100
02 270 C1 bekannten „Common-Rail-(CR-)Einspritzsystem" Kraftstoff in einem
Hochdruckspeicher (Rail) zwischengespeichert, bevor dieser den einzelnen
Injektoren zugeführt
wird. Die Teileinspritzungen ermöglichen
eine verbesserte Gemischaufbereitung und damit geringere Abgasemissionen
der Brennkraftmaschine, eine verringerte Geräuschentwicklung bei der Verbrennung
sowie eine erhöhte
mechanische Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine.
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Bei
den genannten Teileinspritzungen kommt der Genauigkeit der jeweiligen
Einspritzmenge große
Bedeutung zu. Nun bewirkt aber jede Einspritzung einen kurzzeitigen
Ein bruch des Kraftstoffdruckes in einer vom Rail zu dem betreffenden
Injektor angeordneten Leitung. Ein solcher Druckeinbruch führt nach
Beendigung der Ansteuerung des Injektors zu einer zwischen dem Rail
und dem Injektor auftretenden Kraftstoffdruckwelle, deren Einfluss
auf die Einspritzmenge der jeweils nachfolgenden Teileinspritzung
mit zunehmendem zeitlichen Abstand zwischen den jeweils benachbarten
Teileinspritzungen abnimmt. Dieser Druckwelleneffekt verstärkt sich
bei steigender Hubfrequenz der Düsennadel
des Injektors, so dass seiner Beachtung insbesondere auch in zukünftigen
Einspritzsystemen, bei denen hochschnelle Piezosteller als Einspritzaktoren
zur Düsennadelsteuerung
in dem jeweiligen Injektor zum Einsatz kommen, eine zunehmende Bedeutung
zukommt.
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Da
das beschriebene Druckwellenphänomen
streng systematischer Natur ist, und zwar im Wesentlichen von dem
zeitlichen Abstand der beteiligten Einspritzungen, der eingespritzten
Kraftstoffmenge, dem hydraulischen Kraftstoffdruck sowie der Kraftstofftemperatur
im Rail abhängt,
ist eine Kompensation durch eine geeignete Ansteuerfunktion im Motorsteuergerät realisierbar.
Bei einem aus der
DE 101
23 035 A1 bekannten Ansatz zur Minimierung des Druckwelleneinflusses
wird der Einfluss auf die Einspritzmenge des jeweiligen Injektors
ausgemessen und die Ergebnisse dieser Vermessung bei der Voreinstellung
der Ansteuerdaten des Injektors berücksichtigt, und zwar basierend
auf einer vorab empirisch oder experimentell ermittelten Kraftstoff-Mengenwelle
als Funktion des zeitlichen Abstandes zwischen den betroffenen Teileinspritzungen.
Der gemessene Mengeneinfluss auf eine nachfolgende Einspritzung
wird in Kennfeldern abgelegt und der Mengeneinfluss dann während des
Betriebs der Brennkraftmaschine durch entsprechende Veränderung der
Bestromungsdauer des die jeweilige nachfolgende Einspritzung bewirkenden
Aktors kompensiert.
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Die
Bedatung der genannten Kennfelder erfolgt experimentell mittels
Messungen an einem Hydraulik-Prüfstand.
Hierbei werden die beeinflussten Mengen in Form so genannter „Mengenwellen" als Funktion des
Abstandes zwischen den betroffenen Teileinspritzungen ermittelt
und mit Hilfe eines speziellen Algorithmus zur Bedatung verwendet.
Die damit ermittelten Mehr- oder Mindermengen werden in den genannten
Kennfeldern abgelegt und zur Laufzeit eines CR-Steuerprogramms durch
entsprechendes In-Abzug-Bringen
in einem Mengenpfad der Motorsteuerung kompensiert.
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Bei
der genannten Druckwellenkorrektur haben prinzipiell eine Anzahl
von Eingangs- und
Ausgangsgrößen berücksichtigt
zu werden, wobei sich der genaue Zusammenhang zwischen diesen Größen äusserst
komplex darstellt, da zwischen den Eingangsgrößen insbesondere Abhängigkeiten
bzw. Wechselwirkungen bestehen. Dadurch müssen bei der Druckwellenkorrektur
erhebliche Vereinfachungen gemacht werden, um das Druckwellenphänomen mit
nur möglichst
wenigen Kennfeldern abbilden zu können, wodurch bei der Abbildung
der Druckwellensystematik ein beträchtlicher Anteil der prinzipiell möglichen
Korrekturgenauigkeit eingebüßt wird.
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Es
ist daher wünschenswert,
ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend
zu verbessern, dass eine gegenüber
dem Stand der Technik präzisere
Druckwellenkorrektur ermöglicht
wird, welche den Einfluss möglichst
vieler Eingangs- und/oder
Ausgangsgrößen bei
der Druckwellenkorrektur mit möglichst
geringen Vernachlässigungen
berücksichtigt.
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Vorteile der
Erfindung
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die eingangs beschriebene
Druckwellenkorrektur auf der Grundlage eines physikalischen Modells
durchzuführen,
welches die Wirkung einer Druckwelle auf das dynamische Öffnungsverhalten
eines Injektors beschreibt. Mittels einer entsprechenden Modellrechnung
wird eine Entkopplung von Ursache (hier: Druckwelle) und Wirkung
(hier: Verändertes Öffnungsverhalten
des Injektors und somit abweichende Einspritzmenge) erreicht. Aufgrund
der physikalischen Grundlage des Modells werden die Einflüsse der
einzelnen Eingangsparameter auf die Einspritzmenge genauer erfasst
als beim eingangs beschriebenen kennfeldbasierten Ansatz.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Steuerung eines hier betroffenen Einspritzsystems zeichnet sich
insbesondere dadurch aus, dass die Druckwellenkorrektur auf der
Grundlage eines physikalischen Modells durchgeführt wird, welches die Wirkung
der Druckwelle auf das Öffnungsverhalten
des wenigstens einen Injektors, jeweils voneinander entkoppelt,
beschreibt. Die Erfindung ermöglicht
eine gegenüber
dem Stand der Technik präzi sere
Berechnung des Einspritzmengenfehlers aufgrund von Druckwellen bei
aufeinanderfolgenden Einspritzungen in einem Einspritzsystem einer
Brennkraftmaschine.
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Die
Korrekturdaten der genannten für
jeden Injektor individuell berechneten Korrekturfunktion werden
bevorzugt jeweils in Form von Steuerdaten an ein Steuergerät der Brennkraftmaschine übermittelt,
welches in dieser Ausführungsform
die genannte Druckwellenkorrektur anhand geeigneter Rechen- und
Steuermittel durchführt.
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Die
genannte Trennung von Ursache und Wirkung ermöglicht bevorzugt die Realisierung
der Druckwellenkorrektur in einem erfindungsgemäßen Steuergerät als quasi
geregelte Korrekturfunktion, welche den Einspritzmengenfehler aus
einem fortwährend
gemessenen Leitungsdrucksignal berechnet, wobei die Berechnung sogar
in Echtzeit erfolgen kann.
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Die
Erfindung ist bevorzugt in einem mittels hochschneller Piezoinjektoren
getriebenen Common-Rail-Einspritzsystem insbesondere einer selbstzündenden
Brennkraftmaschine mit den genannten Vorteilen einsetzbar, und zwar
sowohl bei zeitlich aufeinander folgenden Vor- und Haupteinspritzungen sowie
Haupt- und Nacheinspritzungen als auch bei entsprechend aufeinander
folgenden einzelnen Voreinspritzungen. Es versteht sich allerdings,
das die Erfindung auch bei konventionellen Injektoren der hier betroffenen
Art mit den genannten Vorteilen einsetzbar ist.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
und unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch eingehender erläutert, aus
denen weitere Besonderheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung
hervorgehen.
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Im
Einzelnen zeigen
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1 die
schematische Darstellung eines zum Einsatz der vorliegenden Erfindung
geeigneten im Stand der Technik bekannten Common-Rail-Einspritzsystems
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2 eine
schematische, ausschnittweise Darstellung eines Kraftstoffeinspritzventils
(Injektors) im Längsschnitt
eines in der 1 dargestellten Einspritzsystems;
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3 ein
an sich bekanntes Einspritzschema mit einer Haupteinspritzung und
einer Voreinspritzung anhand entsprechender Ansteuersignale eines Einspritzaktors,
insbesondere zur Illustration des bei der Erfindung zugrunde liegenden
Druckwelleneffektes;
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4 ein
kombiniertes Block-/Flussdiagramm zur Illustration der erfindungsgemäßen Vorgehensweise;
und
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5a,
b schematische Injektoransteuerungen und resultierende Einspritzverläufe insbesondere
zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Trennung von Ursache und
Wirkung.
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Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
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In
der 1 sind für
das Verständnis
der Erfindung erforderliche Bauteile eines hochdruckbasierten Kraftstoffeinspritzsystems
am Beispiel eines Common-Rail-(CR-)Einspritzsystems dargestellt. Mit 1 ist
ein Kraftstoffvorratsbehälter
bezeichnet. Der Kraftstoffvorratsbehälter 1 steht zur Förderung
von Kraftstoff über
einen ersten Filter 5 sowie eine Vorförderpumpe 10 mit einem
zweiten Filter 15 in Verbindung. Vom zweiten Filter 15 aus
gelangt der Kraftstoff über
eine Leitung zu einer Hochdruckpumpe 25. Die Verbindungsleitung
zwischen dem zweiten Filter 15 und der Hochdruckpumpe 25 steht
ferner über
eine ein Niederdruckbegrenzungsventil 45 aufweisende Verbindungsleitung
mit dem Vorratsbehälter 1 in
Verbindung. Das Niederdruckbegrenzungsventil 45 ist in der
Regel ein Bestandteil der Hochdruckpumpe 25. Die Hochdruckpumpe 25 steht
mit einem Rail 30 in Verbindung. Das Rail 30 wird
auch als (Hochdruck-)Speicher bezeichnet und steht wiederum über Kraftstoffleitungen
mit verschiedenen Injektoren 31 in druckleitender Verbindung. Über ein
Druckablassventil 35 ist das Rail 30 mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 1 verbindbar.
Das Druckablassventil 35 ist mittels einer Spule 36 steuerbar.
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Die
Leitungen zwischen dem Ausgang der Hochdruckpumpe 25 und
dem Eingang des Druckablassventils 35 werden als „Hochdruckbereich" bezeichnet. In diesem
Bereich steht der Kraftstoff unter hohem Druck. Der Druck im Hochdruckbereich
wird mittels eines Sensors 40 erfasst. Die Leitungen zwischen
dem Kraftstoffvorratsbehälter 1 und
der Hochdruckpumpe 25 werden hingegen als „Niederdruckbereich" bezeichnet. Eine
Steuerung 60 beaufschlagt die Hochdruckpumpe 25 mit
einem Ansteuersignal AP, die Injektoren 31 jeweils mit
einem Ansteuersignal A und/oder das Druckablassventil 35 mit
einem Ansteuersignal AV. Die Steuerung 60 verarbeitet verschiedene
Signale unterschiedlicher Sensoren 65, die den Betriebszustand
der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeuges, welches von
dieser Brennkraftmaschine angetrieben wird, charakterisieren. Ein
solcher Betriebszustand ist bspw. die Drehzahl N der Brennkraftmaschine.
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Das
in der 1 gezeigte Einspritzsystem arbeitet wie folgt.
Der Kraftstoff, der sich im Kraftstoffvorratsbehälter 1 befindet, wird
mittels der Vorförderpumpe 10 durch
den ersten Filter 5 und den zweiten Filter 15 hindurch
gefördert.
Steigt der Druck im genannten Niederdruckbereich auf unzulässig hohe Werte
an, so öffnet
das Niederdruckbegrenzungsventil 45 und gibt die Verbindung
zwischen dem Ausgang der Vorförderpumpe 10 und
dem Vorratsbehälter 1 frei.
Die Hochdruckpumpe 25 fördert
die Kraftstoffmenge Q1 vom Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich.
Die Hochdruckpumpe 25 baut dabei im Rail 30 einen
sehr hohen Druck auf. Üblicherweise werden
bei Einspritzsystemen für
fremdgezündete Brennkraftmaschinen
(z.B. Benzindirekteinspritzern) maximale Druckwerte von mehr als
100 bar (bspw. 200 bar) und bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen
maximale Druckwerte von etwa 1000 bis 2000 bar erzielt. Mittels
der Injektoren 31 kann der Kraftstoff damit unter hohem
Druck den einzelnen Verbrennungsräumen (Zylindern) der Brennkraftmaschine
zugemessen werden. Mittels des Sensors 40 wird der Druck
pRail im Rail bzw. im gesamten Hochdruckbereich
erfasst. Mittels der steuerbaren Hochdruckpumpe 25 und/oder
des Druckablassventils 35 wird der Druck im Hochdruckbereich
geregelt. Als Vorförderpumpe 10 werden üblicherweise
Elektrokraftstoffpumpen eingesetzt. Für höhere Fördermengen, die insbesondere
bei Nutzkraftfahrzeugen erforderlich sind, können auch mehrere parallel
geschaltete Vorförderpumpen
eingesetzt werden.
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Es
ist anzumerken, dass grds. auch andere Hochdruck-Systemauslegungen
als die vorbeschriebene denkbar und bereits realisiert sind, welche
allerdings als Untereinheit des in der 1 dargestellten Einspritzsystems
aufgefasst werden können.
Bei diesen Systemen entfällt
bspw. das Druckablassventil 35.
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In
der
2 ist ein aus der
DE 100 02 270 C1 hervorgehendes piezoelektrisch
getriebenes Einspritzventil (Injektor)
101 in einer Schnittzeichnung dargestellt.
Das Einspritzventil
101 weist eine piezoelektrische Einheit
104 zur
Betätigung
eines in einer Bohrung
113 eines Ventilkörpers
107 axial
verschiebbaren Ventilglieds
103 auf. Das Einspritzventil
101 weist
ferner einen an die piezoelektrische Einheit
104 angrenzenden
Stellkolben
109 sowie einen an ein Ventilschließglied
115 angrenzenden
Betätigungskolben
114 auf.
Zwischen den Kolben
109,
114 ist eine als hydraulische Übersetzung
arbeitende Hydraulikkammer
116 angeordnet. Das Ventilschließglied
115 wirkt
mit wenigstens einem Ventilsitz
118,
119 zusammen
und trennt einen Niederdruckbereich
120 von einem Hochdruckbereich
121.
Eine nur schematisch angedeutete elektrische Steuereinheit
112 liefert
die Ansteuerspannung für
die piezoelektrische Einheit
104, und zwar in Abhängigkeit
vom jeweils herrschenden Druckniveaus im Hochdruckbereich
121.
Im dem Hochdruckbereich
121 des Einspritzventils
101 sind
zusätzlich
eine Ablaufdrossel
130 und eine Zulaufdrossel
131 angeordnet.
Das Stellverhältnis
Ablauf/Zulauf dieser beiden Drosseln
130,
131 wird
mittels eines Steuerventils
132 eingestellt.
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Wie
bereits erwähnt,
sind die in den 1 und 2 gezeigten
Piezo-Systeme nur als bevorzugtes Anwendungsbeispiel aufgeführt und
das nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung
grds. auch bei herkömmlichen
Injektorsystemen anwendbar.
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In
der 3 sind typische Ansteuersignalverläufe für einen
in den 1 und 2 gezeigten Injektor im Falle
einer Haupteinspritzung 200 und einer zeitlich vorausgehenden
Voreinspritzung 205 dargestellt. Die gezeigten fünf Signalverläufe repräsentieren
unterschiedliche zeitliche Ansteuerzustände, bei denen der zeitliche
Abstand (elektrische Pausenzeit) zwischen den beiden Ansteuersignalen 200, 205,
in der Darstellung von oben nach unten gesehen, schrittweise bis
auf ein Minimumwert t_diff_min verringert ist. Vorliegend sei nun
angenommen, dass der aus der Applikation sich ergebende zeitliche
Ab stand delta_t_start so gewählt
ist, dass eine durch die Voreinspritzung 205 hervorgerufene
Druckwelle im Rail bis zur Ansteuerung der Haupteinspritzung 200 wieder
abgeklungen ist. Entsprechende Werte sind in Form von Erfahrungswerten
an sich vorbekannt. Ferner sei angenommen, dass die in der untersten
Kurve dargestellte Zeitdifferenz t_diff_min zwischen den Einspritzungen
einem minimalen Zeitabstand entspricht, bei dem die durch die Voreinspritzung 205 bewirkte
Druckwelle bereits zu einer messbaren Veränderung einer Betriebskenngröße, bevorzugt
zu einer Momentenänderung
der Brennkraftmaschine, führt.
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Es
versteht sich, dass die in der 3 gezeigten
beiden Einspritzungen nur zu Illustrationszwecken dienen und daher
das erfindungsgemäße Verfahren
auch auf die zeitliche Applikation mehrerer Einspritzungen entsprechend
anwendbar sind, wobei sich selbstverständlich auch einzelne, zeitlich
benachbarte Voreinspritzungen aufgrund von Druckwellen in der hierin
beschriebenen Weise beeinflussen können.
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Der
oben erwähnte
Druckwelleneffekt lässt sich
anhand der 3 wie folgt erklären. Ist
die Voreinspritzung ,VE' 205 zeitlich
ausreichend weit von der Haupteinspritzung ,HE' 200 entfernt, vorliegend also mit dem
Abstand t_diff_start, so ist die durch sie ausgelöste Druckwelle
bis zur Haupteinspritzung 200 bereits abgeklungen und wirkt
sich damit auf die bei der Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge nicht
mehr aus. Dieses Zeitintervall ist unter anderem wegen der bekanntermaßen druckabhängigen Wellengeschwindigkeit
im Wesentlichen abhängig
vom momentan im Rail vorliegenden Raildruck. Ein empirisch ermittelter
geeigneter Ausgangswert für t_diff_start
beträgt
beispielsweise >4
ms. Wird nun der genannte zeitliche Abstand variiert, indem der Ansteuerbeginn
der Haupteinspritzung konstant bleibt, die Voreinspritzung aber
zeitlich dichter an die Haupteinspritzung heran geführt wird,
so ergibt sich ab einem bestimmten Abstand eine Beeinflussung der
Haupteinspritzmenge, da aufgrund der Druckwelle der Druck insbesondere
im Bereich der in der 2 gezeigten Düsennadel
des Injektors im Zeitpunkt des Öffnens
und während
der Öffnung
der Düsennadel
entweder aufgrund eines Wellenbergs der Druckwelle erhöht oder
aufgrund eines Wellentals erniedrigt ist. Daraus ergibt sich ein
Mengen- bzw. Momenteneffekt, der bspw. mittels eines Drehzahlsignals
der Brennkraftmaschine sensierbar ist. Alternativ ist auch die Sensierung
des Mengeneffektes in an sich bekannter Weise über eine Lambda-Sonde bzw. deren
Steuerung möglich.
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Anhand
der 4 wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise bei der genannten
Druckwellenkorrektur (DWK) anhand eines kombinierten Block-/Flussdiagramms,
und zwar im Vergleich zum Stand der Technik, beschrieben.
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Die
Druckwellenkompensationsfunktion (DWK-Funktion) legt in der im Stand
der Technik bekannten Struktur im Wesentlichen den an einem Referenzsystem
gemessenen Mengen-Einfluss einer verursachenden Einspritzung Q1 auf die nachfolgende Einspritzung Q2 in Kennfeldern ab und verändert damit über eine
Korrekturmenge ΔQ2 die Bestromungsdauer der nachfolgenden
Einspritzung. Die Zusammenhänge
zwischen den fünf
wesentlichen Eingangsgrößen tdiff(= elektrische Pausenzeit zwischen zwei
Teileinspritzungen), Q1 und Q2 (=
Mengen der beteiligten Teileinspritzungen), Raildruck pRail und der
Temperatur des Kraftstofffluids zwischen Rail und Düse TDWK und der Ausgangsgröße ΔQ2 erweisen sich
trotz ihrer Systematik als hochgradig komplex, da zwischen den Eingangsgrößen die
genannten Abhängigkeiten
der Form ΔQ2 = f(pRail, Q1, Q2, tdiff,
TDWK) bestehen. Dies hat bislang zu den
ebenfalls genannten Vereinfachungen bei der Abbildung des Druckwellenphänomens mit
Hilfe der genannten Kennfelder geführt, wobei die funktionalen
Zusammenhänge auf
mehrere 2-dimensionale Kennfelder der Form ΔQ2 =
S(pRail, Q2)·ΔQGFK(Q1, tdiff,skal.), wobei tdiff,skal. = P(pRail, Q1) + tdiff·F(pRail, TDWK) abgebildet
werden, welche miteinander verrechnet werden. Durch die genannte
Beschränkung
auf 2-dimensionale
Abhängigkeiten,
die rein empirisch festgelegt werden, entstehen erhebliche Einbußen in der
Berechnungsgenauigkeit.
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Erfindungsgemäß wird die
genannte Mengenwelle, d.h. der Einspritzmengenfehler als Funktion
des Zeitabstandes tdiff zwischen zwei Einspritzungen,
aus einer gemessenen Druckwelle in der Zuleitung zum jeweiligen
Injektor bestimmt. Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Erkenntnis,
dass der Einspritzmengenfehler mit dem Gradienten der Druckwelle
am Injektor (bzw. an der Injektordüse) korreliert. Daraus wird
die folgende Modellvorstellung abgeleitet:
Grundlage für die Berechnung
des Einspritzmengenfehlers ist hauptsächlich der Öffnungszeitpunkt der Düsennadel
des Injektors und in untergeordneter Form der Einspritzdruck während der
Einspritzung. Da größere Einspritzungen
eine längere
Nadelöffnungsphase
aufweisen, steht der Druckwelle ein größerer zeitlicher Wirkbereich
tWirk auf die Nadelöffnungsphase zur Verfügung. Relevant
für die
Mehrmenge ist nur der mittlere Druckwellengradient, der sich nach
Anwendung eines entsprechenden Mittelwertfilters der Größe tWirk ergibt. Der mittlere Druckgradient unter
der Düsennadel
verändert
das Öffnungsverhalten
der Düsennadel.
Es besteht ein linearer Zusammenhang zwischen der Öffnungsphase der
Düsennadel
und dem mittleren Druckgradienten im Bereich des Nadelöffnens.
Somit besteht ebenfalls ein direkter, linearer Zusammenhang zwischen der
Einspritzdauer und dem Druckgradienten. Da auch die Einspritzdauer
und die daraus resultierende Einspritzmenge zueinander direkt proportional
sind, ergibt sich insgesamt ein linearer Zusammenhang zwischen der
Einspritzmenge und dem mittleren Druckgradienten in der unmittelbaren
zeitlichen Umgebung des Nadelöffnens.
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In
den 5a und 5b ist
die bereits genannte erfindungsgemäße Trennung zwischen Ursache
(Druckwelle) und Wirkung (Öffnungsverhalten des
Injektors) illustriert. In der 5a sind
gleichzeitig eine typische Ansteuerung 500, ein resultierender Nadelhub 505 sowie
ein resultierender Druckverlauf 510 dargestellt. Wie aus
der 5a zu ersehen, erzeugt die Ansteuerung 500 eine
Druckwelle (genannte „Ursache") mit einer definierten
Form und einem definierten Abklingverhalten. Die „Wirkung" der Druckwelle 510 auf
eine nachfolgende Teileinspritzung besteht in einer veränderten
Nadeldynamik und führt
damit zu einer fehlerhaften Einspritzmenge. In der 5b sind
wieder eine ähnliche
Ansteuerung 500',
der daraus resultierende Nadelhub 505' und der resultierende Druckverlauf 510' dargestellt.
Mit Bezugszeichen 507 (gestrichelte Linie) ist das ideale Nadelhubverhalten,
d.h. ohne den Druckwelleneinfluss, dargestellt, wohingegen die durchgezogene
Linie 505' das
durch die Druckwelle veränderte
Nadelhubverhalten schematisch illustriert. Gemäß der beschriebenen Modellvorstellung
nimmt der Druckwellengradient hauptsächlich während der Nadelöffnungsphase
Einfluss auf die Nadelbewegung, wie Simulationen und Messungen an
einem realen Einspritzsystem ergeben haben. Der Injektor „tastet" die Druckwelle wie
ein Sensor mit dem in der 5b gezeigten
Auflösungsvermögen tWirk 515 ab. Ausgabewert dieses „Sensors" ist die Mehrmenge ΔQ. Die Größe TWirk steigt mit zunehmender Sollmenge Q2.
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Auf
der Basis der vorbeschriebenen Modellvorstellung erfolgt die technische
Umsetzung in der in 4 gezeigten Weise. In Schritt 400 wird
zunächst die
Zeitachse der Druckwelle auf die tdiff-Achse
der Mengenwelle transformiert. Dies geschieht bevorzugt durch Verschiebung
der Zeitachse der Druckwelle um tVerzug =
f(Q2, pRail), so
dass zu einer Kombipunktsituation des Zeitabstandes tdiff genau
der Druck zum Zeitpunkt des Nadelöffnens der zweiten Einspritzung
dargestellt ist. Gemäß Schritt 405 wird
das gemessene Druckwellensignal durch Anwendung eines Mittelwertfilters
der Breite tWirk = f(Q2,
pRail) geglättet. Im Anschluss daran wird
die 1. Ableitung des geglätteten
Drucksignals berechnet (Schritt 410) und der im Schritt 405 ermittelte
mittlere Druckgradient in einen Einspritzmengenwert umgerechnet
(Schritt 415), und zwar bevorzugt durch Anwendung eines
Skalierungsfaktors s = f(Q2, pRail).
Die Umrechnung in Schritt 415 betrifft bevorzugt eine Einheitentransformation
von der Einheit bar/s in die Einheit mm3.
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Die
genauen Werte der Umrechnungsparameter tVerzug,
tWirk und s werden bevorzugt durch Messungen
am Hydraulikprüfstand
ermittelt. Die genannte Messung der Leitungsdruckwellen erfolgt
bevorzugt am Kraftfahrzeug im Fahrbetrieb mittels einer an sich
bekannten und dem Fachmann geläufigen Drucksensorik,
und zwar unter beliebigen Lastzuständen. Daher ist auch die erfindungsgemäße Bestimmung
der Mengenwellen zur Bedatung der konventionellen DWK-Struktur mit
erheblich verringertem Kosten- und Zeitaufwand, jedoch unter gleichzeitig
detailgetreueren motorischen Randbedingungen möglich.
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In
Situationen, in denen im CR-Einspritzsystem kein Drucksensor zur
Verfügung
steht, um die ursächlichen
Druckwellen direkt zu messen, werden die sich einstellenden Druckwellen
in Abhängigkeit von
pRail, TDWK und
Q1 gemessen und in Kennfeldern abgelegt
oder nach einem mathematischen Ansatz berechnet. Demgegenüber werden
in Situationen, in denen ein Drucksensor zur Verfügung steht,
die Druckschwingungen zwischen Injektor und Rail unmittelbar erfasst.
Durch Anwendung des vorbeschriebenen Korrekturverfahrens wird dann
auf der Basis der gemessenen Druckwelle direkt auf den zu erwartenden
Mengenfehler geschlossen.
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Die
schließliche
Druckwellenkorrektur der Ansteuerdaten bzw. Steuersignale der einzelnen
Injektoren erfolgt in an sich bekannter Weise durch geeignete Veränderungen
der Ansteuerdauern, wie bspw. in der eingangs zitierten
DE 101 23 035 A1 ausführlich beschrieben.
Das beschriebene Verfahren kann in Form eines Steuergerätes bzw.
in Form eines entsprechenden Steuercodes implementiert werden, wobei
das Steuergerät
Rechenmittel aufweist, mittels derer zunächst eine vorbeschriebene Druckwellenkorrektur
für die
einzelnen Injektoren durchgeführt
wird und Steuermittel, mittels derer ein die momentan einzuspritzende
Kraftstoffmenge bestimmendes Steuersignal der Injektoren entsprechend
korrigiert wird.